최근 CES 2020에서 질화갈륨(GaN) 충전기가 큰 주목을 받았습니다. 실리콘을 대체하는 이 혁신적인 기술은 더 작고 효율적인 충전기와 전원 어댑터의 개발을 가능하게 합니다. 이러한 기술이 어떻게 작동하는지 자세히 알아보겠습니다.
질화갈륨 충전기의 뛰어난 장점
질화갈륨 충전기는 기존 충전기보다 훨씬 작은 크기를 자랑합니다. 이는 질화갈륨 충전기가 실리콘 충전기에 비해 더 적은 부품을 필요로 하기 때문입니다. 또한, 질화갈륨은 시간이 지남에 따라 실리콘보다 훨씬 높은 전압을 효율적으로 전도할 수 있습니다.
GaN 충전기는 전력 전달 효율이 높을 뿐만 아니라 열로 손실되는 에너지도 적습니다. 이는 충전 대상 장치에 더 많은 에너지가 실제로 전달됨을 의미합니다. 구성 요소가 에너지를 장치에 효율적으로 전달할 수 있다는 것은 일반적으로 더 적은 구성 요소가 필요하다는 것을 의미합니다.
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— RAVPower(@RAVPower) 2020년 1월 9일
결과적으로 GaN 전원 어댑터와 충전기는 기술이 더욱 발전함에 따라 크기가 상당히 줄어들 것입니다. 또한, 무선 전력 전송 속도가 빨라지고, 충전기와 장치 사이의 거리가 늘어나는 등 다른 이점도 기대할 수 있습니다.
현재 질화갈륨 반도체는 일반적으로 실리콘 반도체보다 가격이 비쌉니다. 그러나 향상된 효율성 덕분에 방열판, 필터, 회로 요소와 같은 추가 재료에 대한 의존도가 줄어들었습니다. 한 제조업체는 이 분야에서 10~20%의 비용 절감을 예측하고 있으며, 이는 대량 생산에 따른 규모의 경제 효과로 인해 더욱 개선될 수 있습니다.
더 효율적인 충전기는 에너지 낭비를 줄여 전기 요금을 약간 절약하는 데 도움이 될 수 있습니다. 하지만 노트북이나 스마트폰과 같이 상대적으로 전력 소비가 낮은 장치에서는 큰 변화를 기대하기는 어렵습니다.
질화갈륨이란 무엇인가?
질화갈륨은 1990년대에 LED 제조를 통해 널리 알려진 반도체 재료입니다. GaN은 일광에서 볼 수 있는 최초의 백색 LED, 청색 레이저, 풀 컬러 LED 디스플레이를 만드는 데 사용되었습니다. Blu-ray DVD 플레이어에서 GaN은 DVD에서 데이터를 읽는 청색광을 생성합니다.
GaN은 곧 여러 분야에서 실리콘을 대체할 것으로 보입니다. 실리콘 제조업체들은 수십 년 동안 실리콘 기반 트랜지스터를 개선하기 위해 끊임없이 노력해 왔습니다. 무어의 법칙(페어차일드 반도체의 공동 창립자이자 후에 인텔의 CEO인 고든 무어의 이름을 따서 명명됨)에 따르면 집적 실리콘 회로의 트랜지스터 수는 약 2년마다 두 배로 늘어납니다.
이러한 관찰은 1965년에 이루어졌으며 지난 50년 동안 대체로 사실이었습니다. 그러나 2010년에 처음으로 반도체 개발 속도가 이보다 느려졌습니다. 많은 분석가(무어 자신 포함)는 무어의 법칙이 2025년까지 효력을 잃을 것이라고 예측합니다.
2006년부터 GaN 트랜지스터 생산이 증가했습니다. 개선된 제조 공정으로 인해 GaN 트랜지스터를 실리콘 유형과 동일한 시설에서 생산할 수 있게 되었습니다. 이는 비용을 낮추고 더 많은 실리콘 제조업체가 GaN을 사용하여 트랜지스터를 생산하도록 장려합니다.
질화갈륨이 실리콘보다 우수한 이유는 무엇인가?
실리콘과 비교했을 때 GaN의 주요 장점은 전력 효율성에 있습니다. 질화갈륨 전문 제조업체인 GaN Systems는 다음과 같이 설명합니다:
“모든 반도체 재료에는 ‘밴드갭’이라는 것이 있습니다. 이는 전자가 존재할 수 없는 고체의 에너지 범위입니다. 간단히 말해서, 밴드갭은 고체 물질이 전기를 얼마나 잘 전도할 수 있는지와 관련이 있습니다. 질화갈륨은 실리콘의 1.12eV 밴드갭에 비해 3.4eV 밴드갭을 가지고 있습니다. 질화갈륨의 더 넓은 밴드갭은 실리콘보다 더 높은 전압과 더 높은 온도를 견딜 수 있다는 것을 의미합니다.”
또 다른 GaN 제조업체인 Efficient Power Conversion Corporation은 명시했습니다. GaN은 실리콘보다 1,000배 더 효율적으로 전자를 전도할 수 있으며, 제조 비용도 저렴합니다.
밴드갭 효율성이 높다는 것은 전류가 실리콘 칩보다 GaN 칩을 더 빠르게 통과할 수 있다는 것을 의미합니다. 이는 미래에 더 빠른 처리 능력을 가져올 수 있습니다. 간단히 말해서, GaN으로 만든 칩은 실리콘으로 만든 칩보다 더 빠르고, 더 작고, 전력 효율적이며 (결국) 더 저렴해질 것입니다.
지금 GaN 충전기를 구입할 수 있는 곳
아직 널리 보급되지는 않았지만 Anker와 RAVPower와 같은 회사에서 GaN 기술을 사용하는 충전기를 구입할 수 있습니다. 이들은 최신 노트북을 위한 USB-C 전원 공급 장치가 있는 USB-C 충전기입니다.
Anker PowerPort Atom PD 1은 고속 충전 기능을 갖춘 30W 충전기입니다. 휴대전화, 태블릿, 노트북 등을 위해 설계되었습니다. GaN 기술을 사용하지 않는 충전기보다 약 40% 더 작습니다. Anker는 또한 60W를 생산합니다. PowerPort Atom PD 2 – 두 개의 USB-C 포트가 있어 여러 장치를 동시에 충전할 수 있으며, PowerPort Atom III Slim도 제공합니다.
RAVPower도 유사한 제품 라인을 가지고 있습니다. PD Pioneer 30W는 하나의 USB-C 포트로 적당한 처리량을 제공합니다. 더 큰 PD Pioneer 61W는 더 많은 전력을 처리하지만 여전히 USB-C 포트 하나만 있습니다. 이러한 충전기 중 하나를 사용하려면 노트북이 USB-C 전원 공급을 지원해야 합니다.
그 외의 다른 GaN 충전기, 예를 들어 Aukey가 CES 2020에서 선보인 제품은 올해 말까지 사용할 수 없습니다. 하지만 곧 시장에서 더 많은 제품을 볼 수 있을 것으로 예상됩니다.
가장 기대되는 GaN 충전기 중 하나는 Sanho HyperJuice입니다. 킥스타터에서 200만 달러 이상을 모금한 Sanho는 2020년 2월까지 세계 최초이자 가장 작은 100W USB-C 충전기를 후원자에게 제공하는 것을 목표로 하고 있습니다. 이 제품은 MacBook Pro와 같은 고사양 노트북에 전원을 공급하고 충전할 수 있는 최초의 제품이 될 것입니다.
좋은 소식은 이러한 충전기가 특별히 비싸지 않다는 것입니다. 61W RAVPower는 약 40달러에 판매되고 있으며, Sanho는 100W 충전기의 소매 버전에 대해 50~100달러의 가격대를 발표했습니다. 참고로, 새로운 Apple 96W USB-C 전원 어댑터는 79달러에 판매되며, 신용카드 크기의 HyperJuice보다 훨씬 크고 무겁습니다.
미래의 충전기
Apple과 Samsung과 같은 대형 하드웨어 제조업체가 새로운 컴퓨터와 스마트폰에 GaN 충전기를 포함하기 시작하기 전까지는 GaN 충전기가 널리 보급되는 것을 보기는 어려울 것입니다.
생각해 보세요. 마지막으로 충전기를 구입한 것이 언제였습니까? 집이나 사무실 주변에 꽂혀 있는 충전기 중 몇 개를 장치와 함께 구입했습니까?
지금 GaN의 충전 이점을 누리기로 결정했다면, 일반적으로 최첨단 기술과 관련된 프리미엄을 지불하지 않고도 그렇게 할 수 있습니다.